Una batteria biodegradabile commestibile potrebbe sostituire le batterie agli ioni di litio
I ricercatori sviluppano un materiale per batterie a partire da sostanze presenti nell'organismo
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E se la prossima batteria che comprerete fosse fatta con gli stessi ingredienti che si trovano nel vostro corpo? Questa è l'idea alla base di un innovativo materiale per batterie realizzato con componenti naturali e biodegradabili. È così naturale che potrebbe persino essere consumato come cibo.
Un gruppo di ricercatori della Texas A&M University, tra cui la professoressa di chimica Karen Wooley e il professore di ingegneria chimica Jodie Lutkenhaus, ha sviluppato una batteria biodegradabile utilizzando polimeri naturali. I risultati sono stati pubblicati nei Proceedings of the National Academy of Sciences.
Il gruppo di ricerca di Wooley del College of Arts and Sciences ha trascorso gli ultimi 15 anni orientandosi verso prodotti naturali per la costruzione di materiali plastici sostenibili e degradabili. Lutkenhaus, preside associato per la ricerca del College of Engineering, ha utilizzato materiali organici per progettare una batteria migliore. Ha suggerito una collaborazione per combinare i polimeri di origine naturale di Wooley con la sua esperienza nel campo delle batterie.
"Siamo da tempo interessati a materiali per batterie più sicuri e flessibili", ha detto Lutkenhaus. "Quando il laboratorio del dottor Wooley ha iniziato a sviluppare questi polimeri di origine naturale, ha aperto la porta a qualcosa di completamente nuovo: una batteria in grado di fornire buone prestazioni e di scomparire in modo sicuro quando non è più necessaria".
Una batteria fatta di vitamina B2 e aminoacidi
Il nuovo materiale è composto da due ingredienti chiave presenti in natura: la riboflavina, nota anche come vitamina B2, e l'acido L-glutammico, un aminoacido che aiuta a costruire le proteine nel corpo.
"Questi componenti sono stati identificati da un talentuoso neo-laureato, il dottor Shih-Guo Li, che ha iniziato la sua ricerca di tesi cinque anni fa con l'intenzione di migliorare il contenuto di elementi bio-rinnovabili per la costruzione di batterie organiche polimeriche", ha detto Wooley. "Ha poi sviluppato metodi sintetici per collegare i blocchi molecolari in strutture simili a catene chiamate polipeptidi".
La particolarità di questo materiale è che è redox-attivo, cioè può guadagnare e perdere elettroni. È così che le batterie immagazzinano e rilasciano energia. In questo caso, la riboflavina gestisce l'energia, mentre il polipeptide fornisce la struttura e aiuta il materiale a decomporsi naturalmente.
A differenza delle batterie agli ioni di litio convenzionali, che si basano su metalli e prodotti petrolchimici, questo nuovo materiale deriva interamente da fonti biologiche rinnovabili. È progettato per degradarsi in modo sicuro quando viene esposto all'acqua o agli enzimi, il che lo rende una soluzione promettente per ridurre i rifiuti delle batterie, soprattutto nei casi in cui queste non vengono riciclate correttamente.
"Anche se ci sono sforzi significativi per riciclare le batterie, nei casi in cui non vengono raccolte e trattate attivamente per il riciclaggio, dovrebbero essere in grado di subire una decomposizione naturale con il rilascio di prodotti di degradazione non tossici", ha detto Wooley.
Più sicuro per l'ambiente e le cellule viventi
Nei test di laboratorio, il materiale ha dimostrato di essere adatto come anodo, la parte di una batteria che immagazzina gli elettroni. Inoltre, il materiale si è dimostrato non tossico per i fibroblasti, un tipo di cellula che si trova nel tessuto connettivo.
"A questo punto, abbiamo solo confermato che i nostri materiali sono citocompatibili, cioè non sono dannosi per le cellule", ha detto Wooley. "Questo potrebbe essere importante se i materiali dovessero essere utilizzati in dispositivi impiantabili o indossabili".
Lutkenhaus ha detto che i risultati delle prestazioni sono particolarmente promettenti date le origini naturali del materiale.
"Siamo stati entusiasti di vedere che il comportamento elettrochimico è stato pari a quello dei materiali polimerici sintetici non sostenibili", ha detto. "Questo dimostra che non è necessario sacrificare le prestazioni per ottenere la sostenibilità".
Verso un futuro circolare per la progettazione delle batterie
I ricercatori sostengono che questo tipo di progettazione, che parte dalla fine, è fondamentale per costruire un futuro più sostenibile. Invece di creare materiali che durano per sempre e diventano rifiuti, li stanno progettando per far parte di un'economia circolare, in cui i materiali vengono riutilizzati, riciclati o restituiti in modo sicuro alla natura.
Mi piace considerare ogni materiale sintetico prodotto dal mio laboratorio come un punto del suo percorso verso la funzione e lo scopo", ha detto Wooley, "con la capacità di eseguire trasformazioni fisiche e chimiche che consentono il riutilizzo dei componenti molecolari in diverse altre direzioni".
"In questo caso, la cosa più estrema è che le batterie potrebbero diventare commestibili e fornire un altro tipo di energia".
Per ora, il team è concentrato sul miglioramento delle prestazioni del materiale e sulla ricerca di modi per renderlo più accessibile. Attualmente, il processo chimico utilizzato per produrre il materiale è troppo costoso per l'uso commerciale.
"Dobbiamo migliorare le prestazioni e poi sviluppare processi che siano redditizi", ha detto Wooley. "Questo potrebbe richiedere 5-10 anni".
L'entusiasmo della collaborazione interdisciplinare
Secondo i ricercatori, una delle parti più interessanti del progetto è stata la collaborazione tra i vari college della Texas A&M.
"Come chimico, il mio momento più emozionante è stato quando il laboratorio del professor Lutkenhaus ha dimostrato che i nostri materiali potevano essere fabbricati in sistemi di batterie funzionanti", ha detto Wooley. "È stata la conferma che la strategia è promettente per andare avanti".
Lutkenhaus ha aggiunto: "Vedere i materiali riuniti in una batteria funzionante è stata una pietra miliare. Ha convalidato il concetto e ci ha dato una chiara direzione per lo sviluppo futuro".
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Shih-Guo Li, Khirabdhi T. Mohanty, Alexandra D. Easley, Yohannes H. Rezenom, Soon-Mi Lim, Leyla P. Gillett, Stone D. Naquin, David K. Tran, Tan P. Nguyen, Jodie L. Lutkenhaus, Karen L. Wooley; "A bioinspired and degradable riboflavin-containing polypeptide as a sustainable material for energy storage"; Proceedings of the National Academy of Sciences, Volume 122, 2025-6-23
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